رادیو تعریف شده با نرم افزار (SDR) یکی از مهمترین تغییرات در زمینه ارتباطات بی سیم است. رادیو سنتی برای فیلتر کردن، مخلوط کردن و نوسان بر مدار های آنالوگ ثابت تکیه می کند.در حالی که SDR متفاوت است زیرا بیشتر کار پردازش را به حوزه دیجیتال منتقل می کندبا جایگزینی قابلیت های مبتنی بر سخت افزار با الگوریتم های مبتنی بر نرم افزار، SDR انعطاف پذیری بی نظیر را به دست آورده است، به طراحان اجازه می دهد تا قابلیت ها را ارتقا دهند، به پروتکل های جدید سازگار شوند،و طول عمر سیستم بدون نیاز به طراحی مجدد سخت افزار.
این قابلیت پیکربندی سریع SDR را در طیف گسترده ای از برنامه ها، از سیستم های دفاعی و هوافضا تا زیرساخت های 5G، ارتباطات ماهواره ای،و تجهیزات آزمایشی الکترونیکی.
تفاوت بین SDR و سیستم های رادیویی سنتی چیست؟
در گیرنده های رادیویی سنتی، بیشتر کار توسط اجزای آنالوگ انجام می شود: مخلوط کننده سیگنال ورودی را به پایین تبدیل می کند، فیلتر طیف را شکل می دهد،و مدولاتور یا دمولاتور اطلاعات را بازیابی می کنداین زنجیره شبیه سازی انعطاف ناپذیر و حساس به سر و صدا است و نیاز به طراحی مجدد برای هر باند فرکانس یا استاندارد جدید دارد.
در مقابل، SDR فرنت اِند آنالوگ را به حداقل می رساند - معمولاً فقط آنتن و مدارهای فرنت اِند RF اساسی (شکل 1).پس از آن که شکل موج ورودی توسط یک کنورتر آنالوگ به دیجیتال (ADC) دیجیتالی می شود، بار کار سنگین توسط نرم افزار تکمیل می شود. ماژولاسیون، دمودولاسیون، فیلتر کردن کانال، اصلاح خطا و رمزگشایی همه به صورت دیجیتال انجام می شود. به طور مشابه، در طول فرآیند انتقال،تبدیلگر دیجیتال به آنالوگ (DAC) داده های پردازش شده را به سیگنال RF تبدیل می کند، که همچنین توسط روال های نرم افزاری کنترل می شود.
تصویر فرآیند SDR پایه
شکل ۱: فرآیند SDR اساسی.
این تحول انعطاف پذیری فوق العاده ای را به وجود می آورد: همان سخت افزار بی سیم می تواند امروز از Wi-Fi پشتیبانی کند، فردا از باند های فرکانس 5G،و ارتباطات تاکتیکی امن روز بعد از فردا - همه با فقط به روز رسانی نرم افزار.
RFSoC: بستر ایده آل برای SDR
ساخت SDRهای با عملکرد بالا نیازمند کنورترهای فوق العاده سریع، ساختارهای پردازش قدرتمند و کانال های داده با تاخیر پایین است.Zynq TM UltraScale + TM AMD سری RFSoC با ادغام دستگاه های زیر این الزامات را برآورده می کند:
نمونه گیری چند گیگابیت RF-ADC و RF-DAC
دستگاه منطق قابل برنامه ریزی FPGA برای DSP در زمان واقعی
بازوی جاسازی شده برای کنترل نرم افزار ® پردازنده
حافظه با سرعت بالا و رابط گیرنده
RFSoC چندین دستگاه مجزا را که قبلاً به یک دستگاه واحد نیاز داشت، به سادگی طراحی صفحه مدار را به شدت ساده می کند. این ادغام مصرف برق را کاهش می دهد، تاخیر را کاهش می دهد،و صداقت سیگنال را بهبود می بخشدبرای برنامه های RF در زمان واقعی که نیاز به دقت و عملکرد بسیار بالا دارند، RFSoC می تواند یک راه حل تک تراشه با تاخیر بسیار کم و همگام سازی دقیق را ارائه دهد.
قدرت نمونه گیری مستقیم RF
یکی از مزیت های اصلی RFSoC توانایی پشتیبانی از چندین نرخ نمونه گیری GSPS است. RF-ADC آن می تواند به طور مستقیم سیگنال های فرکانس RF را ضبط کند، در حالی که RF-DAC می تواند خروجی ultrawideband تولید کند،هر دو بدون تکیه بر مراحل میانگین تبدیل به پایین.
این امکان را برای ساخت یک ریک رادیویی "تقریبا کاملا دیجیتال" فراهم می کند، که در آن استانداردهای مانند 2.4 گیگاهرتز وای فای، رادیوهای جدید 5G در حدود 3.5 گیگاهرتز و فرکانس های سلولی از 800 مگاهرتز تا 1 می باشد.8 گيگاهرتز همگي ميتونن به طور مستقيم ديجيتال و پردازش بشندر مقابل، بسیاری از سیستم عامل های SDR موجود محدود به نرخ نمونه گیری تنها چند ده یا صدها مگاهرتز هستند، بنابراین به مخلوط کننده های آنالوگ برای تغییر سیگنال به فرکانس های متوسط تکیه می کنند.